TW201142894A - Inductively coupled plasma source for extracting ribbob ion beam - Google Patents

Description

201142894 38287pif 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於半導體技術，尤其關於離子植入技術。 【先前技術】 離子植入器常用在生產積體電路中以在半導體晶圓 (通常為矽）中由p型摻雜或η型摻雜形成不同傳導性區。 在此類裝置中，使用電漿源來電離摻雜氣體。從源中提取 一束正離子（positive ion)，將其加速至所要的能量，對其 進行質量過濾，然後將其引導朝向晶圓。當離子撞擊晶圓 時’其穿透晶®到-定深度（取決於其動能和質量）並形 成不同導電性的區（取決於摻雜元素濃度卜這些區的η 摻雜性質或Ρ摻雜性質’以及其在晶圓上的幾何配置界定 其在電晶體_功能性⑷如’ η_ρ·η接面或ρ η ρ接面）。 =許多此類摻雜區的相互連接，晶圓可轉換成複雜的積 如 離子束電流的量由來自 方程式1所展示： 電漿源的離子提取率給定 dNextr/dt^Ans (1) 其中A=h0xw0為提取孔的 別為縫（slit)高度和寬度），n°’J面面積（其中h〇和w〇分 子密度（大約等於電子主體在電縫層邊緣處的離 祖在度〜的0.61倍），且Vb= 201142894 38287pif (kBTe/mJ為博姆速度（B〇hm vei〇city)(其中匕、Te和 刀別為玻爾茲曼常數（B〇itzmann c〇nstant)、電子溫度 和離子質置）。由於用於同一離子種類的離子博姆速度隨著 電子溫度（其略微隨電漿操作參數而變）的平方根而變化， 所以可得到的電漿密度為在設計離子源時所關注的特性。 習知技術展示，已證實有限數目的電漿源具有足夠的電漿 密度以用作離子源。在一些實施例（例如伯納源（Bernas source))中，電弧放電（arcdischarge)形成電漿。使用由 來自鎢絲（tungsten filament)的熱離子發射而產生的電子 通量以產生且維持高電弧電漿密度。在其他實施例中，使 用例如間接加熱陰極（indirectiy heated cathode，IHC )的電 弧放電形式以減少細絲到電漿的有害暴露，且因此以延長 源的使用壽命，由來自間接加熱陰極的熱離子發射提供必 要的電子。 基於電弧的電漿源形成可接受量的提取束電流，且因 此在半導體工業中用作目前多數離子植入器上的離子源。 然而，基於電弧的電漿源的可縮放性有限。如在方程式i 中所見，可用於增加離子束電流的另一因素為提取縫的剖 面面積。對於使用矩形提取縫的帶束，縫高度受限於提取 光學器件（extraction optics)，所述器件為了實現低光行差 效應（aberration effects)所以需要窄的提取縫。因此縫 高度通常僅為幾毫米。縫寬度受限於電漿源在較大空間維 度上形成具有均勻雄、度的電漿的可用性。即使使用外部磁 場來改良電聚的均勻性’基於電弧放電的離子源仍然無法 201142894 38287pif 為寬於90 mm的縫提供良好（<5%)均句性。因此，為了 允許當前3GG mm直徑_晶圓工業標準的離子植入:必 須擴^料束’ 11個雜意味著束電齡發线著損失。 對於南產量太陽能電池應用或對於下—代45G職直控的 晶圓標準，必須開發具有超過至少· mm的良好均句性 的寬帶離子束（且因此開發此種電毁源）。 一個可能的候選物為電感耦合電漿源（inductivdy coupled plasma source，ICP)。不同於將電漿限制為電弧電 極的電弧放電，在此放電中，通過天線將來自RP產生器 的功率耦合到工作氣體（working gas)來產生電漿。流經 天線的高RF電流（i〇)引起時間變化磁場（万㈨），如方 程式2所展示： 〜ψ) (2) 根據麥克斯韋第三電動力學定律（Maxwell’s 3rd electrodynamics law)，如方程式 3 所展示： curl E = dB/dt ( 3 ) 其在位於天線附近的空間區中產生強烈的電場 (electric field) ’ E。因此，電子獲得來自感應電場的能量’ 且能夠通過電離碰撞來電離氣體原子和/或分子。由於流經 天線的電流增加（與施加的RF功率成比例），所以感應電 201142894 3«2«7pif =同樣增加’這意味著由電子獲得的能量也會增加。通常 到電㈣子的此功率轉移通過歐姆（碰撞）加孰 無碰撞)加熱㈣窗附近的表皮深度層内進行: 對於碰撞支配的《，由方程式4給定層的厚度： (ry γ/2 (4) δ= —f— \ωΜ〇σ) 其中①=W為RF脈動（f為RF頻率），μ〇=4πχ 1〇·7 H/m為真空的鱗率，且如方程式5所界定， ne2 meve (5) 〇為如導電性（其h、e、me及v。分別為電子 密度、電荷、質量及碰撞頻率）。對於大約1〇11 —的血 型ICP電漿較’表㈣厚度通f域㈣。 、 習知技術中描述的多數Icp源為圓柱形β _ 1A繪示 習知技術ICP電漿源刚的剖面。優選使用介電圓柱1〇1 以容納低壓氣體且允許RF功率發射。圓柱由兩個金屬凸 緣102和103在兩個開口端處真空密封。為了正常運行， 介電圓柱101内的氣壓可由使用質量流控制器、真空閥和 真空泵的氣流-氣體抽吸系统（未圖示）維持在少於2〇 mTorr。近端的凸緣102具有入口 1〇4，所要的工作氣體通 過入口以一定的流率進入到電漿腔室1〇5中。肛天線1〇6 緊緊包在介電圓柱101周圍。介電圓柱101可由例如硼矽 201142894 «/vr«>vr , 酸玻璃（pyrex)、石英或氧化鋁等適當的材料組成。在其 他實施例中’使用與環形介電窗配合的螺旋形天線和金屬 圓柱。RF天線106由RF產生器（未圖示）供給能量。由 匹配網路（matching network)(未圖示）來達到與可變電 漿阻抗的RF匹配。使用由RF天線1〇6轉移到自由電子的 能量在腔室105内電離氣體。遠端的凸緣具有較大的 開口 107以允許通過抽吸口 1〇8進行真空抽吸。第二真空 腔室109 (其通過絕緣襯套11〇而與凸緣丨〇3電性絕緣） 含有用以板取離子束的光學器件111 ^提取電極通常放置 在圓柱電漿腔室105的末端處，且沿著介電圓柱丨〇1的直 徑對準。 此幾何形狀的缺點是電漿在徑向上是非均勻的，即， 電漿柱（plasmacohmm)在放電軸上具有非常尖的密度輪 廟。沿著徑向方向特性的此非均勻的㈣密度輪廊限^ 將此幾何形狀應用於大面積電漿處理。如在圖lB中所見， 電聚密度在電漿腔室⑽財叫達最高點， 電 圓柱101的急劇減少。對於離子植人，由此 磨可最佳祕具㈣釐米的有㈣徑陳小㈣ = 而’為了實現較大的離子植入產量，需要寬且高 密 度帶離子束。即使結合概腔室使用來改^， 此類電漿源還是需要極大量的功率以形成跨越5⑽〜_ mm直徑的直徑的合理電漿密度（〜1〇1〇cm-3到⑺ 因此，從離子植入觀點來看，可有效利用由 源產生的相對高電漿紐但形錢且㈣的_子束的離 201142894 38287pif 子源將會是有利的。 【發明内容】 由本揭示解決習知技術的問題，本揭示描述一種能夠 利用ICP電漿源產生寬且均勻的帶離子束的離子源。與習 知1CP源相反，本揭示描述的icp源不是圓柱形的《事實 上’界定源使得其寬度大於其高度，所述寬度為沿著其提 取束的維度。可界定源的深度以使從天線到電漿的能量轉 移最大化’但在離子束提取區域中允許用於良好電聚均句 性的足夠長的擴散長度❶結果是具有小外觀因子（界定為 電漿腔室深度與腔室高度和寬度的幾何平均值之間的比） 的電漿源’其可實現最佳RP功率沈積，且因此，可實現 高電漿密度（〜5 x1ο11 cm-3到1〇12 cm-3)。 【實施方式】 圖2A到圖2D繪示根據本揭示的ICP電漿源2〇〇的 主要組件。在圖2A中繪示通過電漿源200中心的垂直剖 面（在yz平面中）。使用優選由鋁製成的腔室主體2〇1來 容納低壓氣體並允許電漿產生。在一些實施例中，腔室主 體201可具有150 mm的高度（h)和140 mm的深度（d)。 源200的前侧包含靠著腔室主體201真空密封的介電窗 202。介電窗202可由石英（quartz )、氧化鋁（alumina)、 異丙隆（alon)、藍寶石（sapphire)或任何其他合適的介 電材料構造。可計算介電窗202的厚度使得材料能夠在大 201142894 約200〜300〇C的熱應力下維持大約i大氣壓的壓力差。在 一些實施例中，使用2.5 cm厚的石英窗，而在其他實施例 中，可使用19mm98%的氧化鋁窗或8111111藍寶石窗。平 面螺旋天線203定位在介電窗202旁邊且平行於介電窗 202 ’所述平面螺旋天線203將來自rf功率產生器（未圖 示）的能量耦合到電子，然後解離並電離容納在腔室主體 201内的氣體分子。平面螺旋天線203優選由銅管製成以 允許冷卻。由匹配網路（未圖示）來完成5〇Q Rp產生器 輸出阻抗（output impedance )到可變電漿阻抗的匹配。 電漿腔室後壁217 (與介電窗202相對）具有容納含 有射束提取缝205的面板（face plate) 204的槽。提取縫 優選在垂直中線213處。電漿腔室主體201、介電窗202 以及後壁217界定腔室218。如在展開圖中所繪示，電聚 腔室中的開口 206大於提取縫205以防止電聚邊緣效應 (plasma edge effect)。電漿源200安裝在更大的真空腔室 上（未圖示）且用高溫碳氟化合物Ο形環207真空密封。 工作氣流由質量流量控制器（未圖不）調節，然後發送到 共用輸入氣體線。在一些實施例中，通過兩個氣體入口 208 將氣體引入到電漿腔室主體201中，所述兩個氣體入口 208 對稱地放置在腔室主體201的底部和頂部上。這些氣體入 口 208在z方向上放置在離介電窗202 —段距離（例如，5 釐米）處。在一些實施例中，通過提取縫205來完成真空 抽吸。在此實施例中，先前描述的饋入-抽吸幾何形狀確保 電漿源200内部均勻的氣體分佈。 201142894 3«2«/pit 在圖2B中呈現通過電漿源200的水平剖面。在此實 施例中’使氣體入口 208位於沿著電漿腔室主體2〇1寬(w) 的中心。在其他實施例中，定位氣體入口 208使得其位於 頂部和底部上，且關於水平中線214對稱。在另一實施例 中’使用兩個以上氣體入口 208。在一些其他實施例中， 疋位這些氣體入口 208 ’以便關於電漿腔室主體2〇1的寬 度對稱並均勻地分佈。換句話說，氣體入口 208可在x方 向上為等空間的（equi-spaced )。 針對適當的氣體解離和後續電離，在電聚源2⑻内的 氣壓優選維持在1 mTorr到99 mTorr的範圍内。針對壓力 I測’通過使用埠口 209優選將例如Baratron或Pirani等 壓力計（pressure gauge)連接到腔室。由提取縫2〇5的氣 體流速和傳導性控來制腔室中的氣壓。在另一實施例中， 為了實現獨立的壓力控制，將兩個較大真空傳導_抽吸埠口 定位於源側壁上。 在圖2C中描繪電漿源2〇〇的正面圖。為了圖的清晰 起見，省略了一些細節》在此實施例中，使腔室主體2〇1 的角逐漸變尖，以大約遵循細長的螺旋狀天線形，從而形 A八邊形主體。在其他實施例中，腔室主體2〇1可為細長 的橢圓，例如，在相對端處具有半圓柱的長方體。在其他 實施例中，腔室主體201可為具有兩個正交維度 (orthogonal dimension)的任何長方形幾何形狀其中維产 中的一者的長度大於第二維度中的長度。 ^ ^ 不同於螺線管天線，此幾何形狀相對於介電窗平面提 11 201142894 /ρπ 供感應電場的平行方位。結果，電子在平行於Χ方向的方 向上加速。天線匝的直的部分與提取縫方位平行，且比縫 的腰部長’因此預期沿著在定位提取縫的空間範圍中的X 方向的均勻電漿密度。 如在圖2Α到圖2Β中所繪示，提取縫205沿著X方向， 且沿著垂直中線213由腔室主體201的頂部壁和底部壁對 稱隔開。提取縫205的位置可在圖2D中更好地看見，其 中描繪了電漿腔室主體201的端視圖。取決於所要的提取 電流線性密度值以及可用的提取光學器件，提取縫205的 高度可在大約2 mm到5 mm之間。提取縫205的寬度由 待從電漿源200提取的帶束的寬度來確定。為了植入45〇 mm直徑的晶圓’可使用具有至少500 mm寬度的帶離子 束。 為了允許正離子的提取’電漿腔室主體2〇1由高電壓 直流（Direct Current，DC )電源（未圖示）在正電位（p〇sitive potential)處電偏壓。可結合電漿源200來使用由一組各 種電位的電極組成的提取光學器件，例如在圖1A中所綠 示。在一個實施例中（在圖2D中所繪示），使用單個提取 縫205來提取離子束。在其他實施例中，使用例如在圖2E 中所繪示的多個提取縫205a到205c以出於增加所提取的 電流和/或多條線植入的目的來提取多個細束（beamlet)。 為了實現更高的電漿密度和更好的均勻性，可使用磁 多尖形（multicusp)約束結構。圖2A到2E繪示方位角型 (azimuthal)的多尖形配置的圖。可為永久磁體（permanent 12 201142894 38287pif magnet)的磁體210的陣列以及間隔物211包圍腔室主體 201。磁體210可具有正方形剖面。在一些實施例中，磁體 210具有9.5x9.5 mm2的剖面以及157 mm的較長尺寸。磁 體210可由耐溫達到大約35〇C5C的磁性材料製成，例如釤 銘（samarium-cobalt，Sm_c〇)。間隔物 211 定位於磁體 21〇 之間，且由例如鋁等非磁性材料製成。磁體21〇以交替形 式排列。例如，一個磁體210的磁化向量（magnetization vector)垂直於腔室主體2〇1的壁，方向是向内指，而鄰 近磁體210具有向外定向的磁化向量。為了增加腔室218 内部的磁場強度，且為了遮蔽腔室218外部的遠端場線， 可使用例如一個由鐵或磁鋼構造的磁軛212來覆蓋磁多尖 形約束結構，因此提供用於處於電漿源200外部的磁場線 的較短路徑。如在圖2A到圖2E中所繪示，為了尖形配置 的正木運行’優選良好的磁對稱（magnetic symmetry)。例

如，在腔室主體201的頂部側上在(x=〇，尸+(1/2)處的S-N 定向磁體（其中x=0且y=〇分別界定垂直中線和水平中 線，見圖2C)應面向在腔室主體2〇1的底部側上在(χ=〇，

:+w/2 y=-d/2)處的N-S定向磁體。在電漿腔室的所有其他侧上類 似· +一 · y 0)處的S-N定向磁體的相對侧。缺乏磁對稱可導致頂部_ 底部磁偶極配置（magnetic dipole configuration)，所述配 置將造成在某些空間位置處收集帶電粒子（charged particle)，從而對電漿均勻性產生有害影響。 在圖2A到圖2E中繪示的磁尖形結構界定為方位角 13 201142894 38Z»/pit 型，因為將磁體210與沿著2的最長維 形位置以外，合成磁埸（u f 』千且除了尖 室主體洲的周—沿著腔 實=例中，界定為在圖3A到圖3C中所繪示的 磁體細與沿著腔室主體2G1的周邊的最長維 二击古疋°，且合成磁場沿著z方向。圖3續示腔室318 =直㈣圖’其中可看見磁體21()的軸向方位。類似地， 圖3B繪示水平剖面，繪示磁體21〇的方位。 已界定電漿源200的的組件之後，將描述與每一腔室 天線形狀和尺相及磁尖形雜（tQp()gf相 關聯的限制。

腔室的寬度（即，在圖2A到圖2E以及圖3A到圖3C W)由帶狀離子束所要的宽度確定。例如，針對5〇〇 的寬帶離子束，腔室的寬度可為600 mm到700 mm之間 的距離，例如660 mnm更大的寬帶束將相應需要更大的 腔室寬度。 針對有界的電漿，電離頻率取決於放電功率和電聚密 度但其為電子溫度（Te)、氣壓（p)以及特有的電漿長 度L)的函數。由電漿量與電漿邊界表面之間的比給定 特有的電漿長度（L)。針對具體操作條件，由電漿生產量 與到壁的電漿損失量之間的平衡給定特有的電漿長度值。 ，於電聚腔室的一個維度由離子束的所要寬度設定，所以 就電褒胜室外觀因子ξ來最佳地描述電漿生產。

針辦圓柱形電漿腔室（例如，在圖1Α中所繪示的ICP 201142894 JOZC /ριι ί::原丄〇!) 2觀因子通常界定為電漿腔室深度與電漿腔 :二二开:：對其中一個維度大於第二維度的矩形幾何 狀，外細子可界定為«腔室深度 '、’、 個正交維度（w和h)的幾何平均值 (geometrical mean)的比，如由方程式6所界定： 4^h (6) 針對-個維度遠遠大於其他兩個維度的本實施例，外 觀因子隨特有的電聚長度⑴而縮放，如在方 中 所見： 仙 (7) 因為能量平衡方程式展示電漿密度僅由放電功率以 及氣壓（P)和電漿長度⑴的乘積較，由此可見，提 高電聚生產量的較大特有的電錄度⑴將需要較小電 漿腔室外觀因子ξ。另-方面，在本電漿腔室•形狀中， 從天線到電漿的RF功率耦合不在電漿主體中進行而在 電裝邊緣處進行。此外，最大功率沈積在與表皮深度相等 的距離處發生。因此，具有大約表皮層（skinlayer^厚产 的深度的電漿腔室將提供用於給定的輸入功率 power)及橫向維度w和h的最高電漿密度。在設計電漿 源的深度時，請注意，電離過程在表皮層處和在2皮層外 201142894 進行。針對典型的13.56 MHz ICP1電漿，高於25 eV到 30 eV (electron energy distribution frnictum，eedf)的尾部彳目敎分填人。這㈣騎暗示可 能存在高能f子’㈣離碰撞可能在表皮深度外發生。在 分子電料此現象可能更_，分子電__能量低於 ^生氣體的電離能量。然而，在離天線的—歧離外且在 沒有任何磁絲時’電料度麟天_距離成指數衰減。 除電製密度之外，出於大面積植入或沈積的目的，對 電漿腔室的深度的另-限制是源於在延伸維度上方具有均 勻電襞的必H如果深度幻、，那麼將導財提取縫或 沈積襯底空間位置處反射天線圖案的非均勻電漿密度。 如在圖2A到圖2E以及圖3A到圖3C中所繪示，如 果使電漿腔室218近似為矩形盒，並假設基本擴散模式的 第—零位元（first Zero)與電漿腔室壁表面一致，那麼電 漿密度分佈由方程式8給定： = n(〇,0,〇)co

cos d (8) 其中特有的擴散長度由方程式9給定： 1 丫〔π丫〔π丫 ^ = UJ +UJ +UJ (9) 大致估計（在不考慮歸因於多尖形磁場約束和沿著z 方向的真空抽吸的影響，在X和y方向上的壁反射係數的 201142894 38^/ριί 情況下）產生等於〜3 cm的Λ值。使用大約5xl〇4 cm2/s 的用於BF/離子（BR電漿的主要離子組分）的擴散係數 和大約0.05 eV的合理離子溫度，這導致大約3 cm到4⑽ 的擴散平均值自由路徑。為實現高電漿均勻性而允許若干 個擴散平均值自由路徑，將給出大約1〇0111到12em的電 漿腔室深度（在圖2A到圖2E以及圖3A到圖3C中的d) 的更低界限。用於不同離子的類似計算可導致不同的擴散 長度和不同的最佳電漿腔室深度。然而，電漿腔室預期會 運行不同的前驅物氣體（precursor gas) ’且可通過調節操 作參數（RF功率和氣壓）來控制電漿密度。此外，主要通 過電漿腔室設計來設定電漿均勻性。因此，在大多數實施 例中，電漿腔室218的深度可在10 cm與20 cm之間。基 於這些考慮，針對在圖2A到圖2E以及圖3A到圖3C中 所綠示的電漿腔室，希望在許多前驅物氣體（BF3、、 PH3、AsF3、GeF4、C02、SiF4、N2、Ar、Xe 等）中產生 電漿，腔室的深度可約為14 cm。於是根據上述方程式， 外觀因子（ξ)大約為0.32。 所描述的電漿源的一個特徵是天線幾何形狀。第一， 針對均勻提取的離子束，電漿激發必須跨越比提取縫更寬 的長度。如果使用多個提取縫，那麼天線也應該在y維度 上延伸。在一個實施例中’天線在X方向上為61〇 mm且 在y方向上為76 mm。此較大表面覆蓋將暗示較長天線路 徑以及形成駐波（standing wave)的可能性，從而對電漿 均勻性產生有害影響。在所描述的實施例中，總天線長度 17 201142894 大約為2 m ’因此小於對應於銅中的π·56 MHz的電磁輻 射的四分之一波長。然而，如果需要更長的天線長度，可 優選使用較低的RF驅動頻率（較長的相關聯的波長）。在 一些實施例中，使用例如〇·46 MHz和2 MHz等較低頻率。 在其他實施例中，使用例如27 MHz和60 MHz等較高頻 率。第二’在本實施例中使用細長的螺旋形，因而可在天 線的每一側上使高電壓點和低電壓點交替，因此使電漿均 勻性更好。此外，天線的一個支柱（leg)連接到RF產生 裔，另一支柱通過電容器連接到地面，所述電容器補償電 感，壓（與大約2.5 μΗ的天線電感成比例），因此使電壓 沿著天線的長度均勻分佈。 多 田述的電漿源的另一特徵是包圍電漿腔室的磁尖 1配置。如在圖4Α中所繪示，除了磁場線與腔室主體2〇1 ^面相交的“有效”電衆茂漏區以外，所得磁場線4〇1處 2〇1的表面平行的平面中。結果，朝向壁或 過對朝向^或表面移動的帶電粒子進行磁性 收= 劇減少。在沒有尖形配置時與總腔室表面面積 (Ν)釦：111壁5表面的損失在被減少為與尖形的數目 在方二區（Σ)成比例的分數（fraCti〇n)⑴，如 隹方程式10中所見。 ΝΣ (10)

~A 結果，如方程式11 所界定’在鞘邊緣（nedge)(即 201142894 38287pit 這意味著所提取的 提取縫的位置）處的電㈣度將增加 離子電流也增加：

(11) + 1Λ &方私，11中，nbUlk為主體電漿的密度，f為在方程 式中所界定的分數且k為取決於電子溫度和離子性質的 Ξ子^尖形配置的第二個有利效應為改良電聚的均勻 原本將？失到壁中的高能量電子現在將被發射回 ’ 其中向能量電子將經受新的電離碰撞，直到豆 將被熱化為止。 且化、 在設計磁尖形配置時，應特別注意磁體分離（magnet separation)。方程式1〇展示，通過減少尖形的數目，可減 少損失分數’但同時場線到量中的穿透加深。在一些 實施例中’磁體210的寬度（Δι)約為1〇職。在一些^

施例中’間隔物211的寬度（么2)約為20 mm。在圖4B 中繪不所測量的磁場強度（在壁表面上垂直的分量）對深 度（X)。實驗資料（發散圖）遵照在方程式12中所見 論預測： 沁)=亨 exp〔一 \

_ / K- △2 _Δ1 J (12) 其在圖4Β中用連續的虛線進行繪示。在上述方程式 中，Β0為在磁體表面處的磁場強度，χ為在腔室壁上垂^ 201142894 的方向上的距離’ ~和、分別為磁體寬度和磁體分離。 如在圖4C中所繪示，所得磁場形貌由鄰近腔室主體2〇1 的存在磁場（磁場強度在朝向壁的方向上增加）的狹窄區 402以及中心無磁場區域4〇3組成。為了實現良好的離子 束均勻性，無磁％區403可優選延伸超過提取縫末端。對 於本文所描述的實施例，在方位角型配置中使用具有 mm磁體分離的i〇mm磁體寬度，磁場強度從電漿腔室表 面處的1.5kGauss下降到在距離壁約3 5cm處的零。取決 於提取縫的數目，磁場穿透深度設定電漿腔室高度。在一 個實施例中，高度約在150 mm與250 mm之間。此高度 允許5個提取縫，其中每一者高度為3 mm並隔開約1〇 mm。如果使用不同數目的提取縫，那麼可相應調節高度。 因此，基於上文給定的w和h的維度，存在高約8 cm且 寬約60 cm無磁場的中心區。 圖5A和圖5B繪示在用於兩種不同前驅物氣體BF3 和1¾的小外觀因子（ξ〜0.32)電激源的情況下作為輸入 功率的函數獲得的所提取的離子束電流密度。如所預測 的，在所提取的束電流（jextr)與RF功率之間存在線性關 係’其中對於BF3和;PH3，斜率分別為大約4 〇6 mA/cm2/kw 和大約4.3mA/cm2/kW。高電流密度值證明RF功率到電漿 的非常有效的耦合。假設大約3 eV的電子溫度將導致大^ 2.5xl〇5cm/s的BF2離子博姆速度（％)。這將導致方程式 13 ： ^ 20 (13) 201142894 38287pif

Jextr

^VB 其中’e為基本電荷（elementary charge )。計算展示5 kW輸入RF功率下的大約5xl0n crrT3的電漿密度（n)， 即’接近最大可得到的電感搞合電敷（Inductiveiy Coupled Plasma，ICP )密度。 根據所要的束電流和元素成分（elemental composition)，上文所描述的離子源允許改變所得的電漿密 度和成分。更高RF功率和較低流率（低壓）將有利於前 驅物氣體的更咼分鶴（fracti〇nati〇n )。更高流率（壓力） 將有利於整體較商的電漿密度。取決於前驅物氣體的性質 和所要的元素束成分，可選擇不同Rp功率_氣壓（流率）。 本揭不的範圍不應受本文所描述的具體實施例限 制。實際_L ’所屬領域的—般技術人員根據以上描述和附 圖將瞭解（除本文所描述的那些實施例和修改外）本揭示 的其他各種實施例和對本揭*的修改。目此，此類其他實 施例和修改既定屬於本揭示的關心此外，儘管已出於 =定目的而在本文中在特定環境巾㈣定實施方案的情境 ^述了本揭示’但所屬領域的—般技術人㈣認識到， 限於it且可為了任何數目的用途在任何 實施本揭示。因此，鮮於如本文所 本鮮的整鋪度和騎來轉下域 201142894 38287pit 【圖式簡單說明】 圖1A說明習知技術的ICP源。 圖1B說明用於圖1A中所繪示的電漿源的徑向電漿密 度輪廓。 圖2A繪示根據一個實施例的ICP電漿源的垂直剖面。 圖2B繪示根據一個實施例的ICP電漿源的水平剖面。 圖2C繪示根據一個實施例的ICP電漿源的正面圖。 圖2D繪示根據一個實施例的具有一個提取縫的icp 電漿源的端視圖。 圖2E繪示根據另一實施例的具有三個提取縫的icp 電榮·源的端視圖。 圖3A繪示根據第二實施例的具有軸向尖磁場幾何形 狀的ICP電漿源的垂直剖面。 圖3B繪示根據第二實施例的具有軸向尖磁場幾 狀的ICP電漿源的水平剖面。 y 圖3C繪示根據第二實施例的具有軸向尖磁場幾何 狀的ICP電漿源的正面圖。 圖4A繪示尖場配置中的磁體和間隔物位移以及磁場 線0 磁場穿圖透在垂直於腔室壁的方向上到電浆腔室中的 圖4C繪示在電漿腔室中的無磁場區。 圖5A繪示用於35電漿的所提取的離子束電流。 圖5B繪示用於pH3電漿的所提取的離子束電 22 201142894 38287pif 【主要元件符號說明】 100 : ICP電漿源 101 :介電圓柱 102 :金屬凸緣 103 :金屬凸緣 104 :入口 105 :電漿腔室/腔室 106 : RF天線 107 :開口 108 :抽吸口 109 :第二真空腔室 110 :絕緣襯套 111 :光學器件 200 : ICP電漿源/電漿源/源 201 :腔室主體/電漿腔室主體 202 :介電窗 203 :平面螺旋天線 204 :面板 205 :束提取縫/提取縫 205a :提取缝 205b :提取縫 205c :提取缝 206 :開口 23 201142894 207 :高溫碳氟化合物0形環 208 :氣體入口 209 :埠口 210 :磁體 211 :間隔物 212 :磁軛 213 :垂直中線 214 :水平中線 217 :電漿腔室後壁/後壁 218 :腔室/電漿腔室 401 :所得磁場線 402 :狹窄區 403 .中心無磁場區 24

Claims (1)

1. 201142894 七、申請專利範圍： 1. 一種用於提取帶離子束的電感耦合電漿源，包括·· 腔室，包括： 腔室主體，包括頂部表面、底部表面以及側表 面，所述腔室主體具有長度以及高度，其中所述高度 小於所述長度； 介電窗；以及 端’與所述介電窗相對且具有平行於所述頂部表 面以及所述底部表面的至少一個提取縫； 至少一個氣體入口，允許氣體流動到所述腔室中； 細長的螺旋天線，經配置以在所述腔室中激發所述氣 醴以形成電漿’所述天線接近所述介電窗定位；以及 提取光學器件’接近所述提取縫定位以通過所述縫從 戶斤述電漿中提取離子以便形成帶離子束。 2. 如申請專利範圍第1項所述之用於提取帶離子束 的電感耦合電漿源，更包括接近所述頂部表面、所述底部 表面以及所述侧表面的磁約束結構。 3. 如申請專利範圍第2項所述之用於提取帶離子束 的電感耦合電漿源，其中所述磁約束結構包括： 包括磁性材料的軛； 多個磁體；以及 疋位於所述多個磁體的每一者之間岛一個或多個非 滋抶間隔物。 4. 如申請專利範圍第3項所述之用於提取帶離子束 25 201142894 J8/8/piI 的電感輕合電襞源，其中佈置所述多個磁體使得一個磁體 的北極面向所述腔室，且鄰近磁體的南極面向所述腔室。 5. 如申凊專利範圍第3項所述之用於提取帶離子束 的電感耦合電漿源，其中所述磁體的較長維度沿著所述腔 室主體的周邊定向。 6. 如申請專利範圍第3項所述之用於提取帶離子束 的電感耦合電漿源，其中所述磁體的較長維度沿著所述腔 室主體的深度定向。 7. 如申請專利範圍第2項所述之用於提取帶離子束 的電感耦合電漿源，其中所述磁約束結構在所述腔室内形 成磁場，以及確定所述寬度的最小值使得在所述腔室的對 應於垂直中線的那部分内不存在磁場。 8. 如申請專利範圍第1項所述之用於提取帶離子束 的電感耦合電漿源，其中所述腔室具有界定為所述介電窗 與所述相對端之間的距離的深度，且基於所述天線對於電 楽·的所述最佳產生來確定所述深度。 .9·如申請專利範圍第1項所述之用於提取帶離子束 的電感耦合電漿源，其中基於所述帶束的所述所要的寬度 來確定所述長度。 X 10. 如申請專利範圍第2項所述之用於提取帶離子束 的電感執合電漿源，其中所述磁約束結構在所述腔室内形 成磁場’且基於提取縫的所述所要的數量以及所述磁場穿 透深度來確定所述高度。 11. 如申請專利範圍第1項所述之用於提取帶離子束 26 201142894 38287pif ^合電^原’其中沿著水平中線定位所述氣體入口。 的雷咸i t申料利範圍第1項所述之用於提取帶離子束 能量:σ電漿源，其中所述天線在Π.56 MHz下被供給 的電第1項所述之用於提取帶離子束 27 電聚源’其中所述天線在0.46 MHz、2.0 MHZ、 27MHz或6〇MHZT被供給能量。 的雷^ ^料利範圍第1項所述之用於提取帶離子束 一錐&電漿源，其中所述腔室主體包括八角形，其中 表面述頂部表面與所述底部表面附接到所述側 ㈣t t申請專鄕圍第1顧叙祕提取帶離子束 =σ電漿源’其中所述腔室主體的所述側表面包括 、接到所述頂部表面以及所述底部表面的半圓柱體。 16. —種用於提取帶離子束的電感耦合電漿 腔室，包括： 腔室主體，所述腔室主體包括頂部表面、底部表 面以及兩個侧表面且具有八角形的剖面，其中二錐形 表面將所述頂部表面附接到所述側表面中的每一 者，一錐形表面將所述底部表面附接到所述侧表面中 的每一者，其_所述腔室主體具有長度以及高度，其 中所述高度小於所述長度； X ’、 介電窗；以及 端，與所述介電窗相對且具有平行於所述頂部表 27 201142894 JOZ,〇 面以及所述底部表面的至少一個提取縫； 至少-個氣體入口，允許氣體流動到所述腔室中； 體以形旋天線，經配置以在所述腔室中激發所述氣 體I成電漿，所述天線接近所述介電窗定位； 磁約束結構，接近所述頂部表面、所述底部表面、所 述錐形表面以及所述兩個侧表面；以及 _丨表面 提取光學ϋ件’接近所述提取縫定位叫過所述縫從 所述電漿中提取離子以便形成帶離子束。 Π. —種用於提取帶離子束的電感耦合電漿源，包括： 腔室，包括： 腔室主體，所述腔室主體包括頂部表面、底部表 面以及兩個侧表面且具有八角形的剖面，其中丄錐形 表面將所述頂部表面附接到所述側表面中的每一 者，一錐形表面將所述底部表面附接到所述側表面中 的每一者，其中所述腔室主體具有長度及高度，其中 所述尚度在150 mm與250 mm之間，且所述長度在 600 mm 與 700 mm 之間； 介電窗；以及 端，與所述介電窗相對、與所述窗分離1〇〇 mm 與200 mm之間且具有平行於所述頂部表面以及底部 表面的至少一個提取縫； 至少一個氣體入口，允許氣體流動到所述腔室中； 細長的螺旋天線，其在13.56 MHz下被供給能量，其 經配置以在所述腔室中激發所述氣體以形成電漿，所述天 28 201142894 38Z8/piI 線接近所述介電窗定位； 磁約束結構，接近所述頂部表面、所述底部表面、所 述錐形表面以及所述兩個側表面；以及 提取光學器件，接近所述提取縫定位以通過所述縫從 所述電漿中提取離子以便形成帶離子束。 29